DE102007033924A1

DE102007033924A1 - Kugelgewindetrieb

Info

Publication number: DE102007033924A1
Application number: DE102007033924A
Authority: DE
Inventors: André Huk
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2007-07-20
Filing date: 2007-07-20
Publication date: 2009-01-22

Abstract

Ein Kugelgewindetrieb umfasst eine Spindel (1), die an ihrem Außenumfang eine gewindeförmige Kugellaufbahn (2) aufweist, eine Mutter (3), die an ihrem Innenumfang eine gewindeförmige Kugellaufbahn (4) sowie Laufbahnöffnungen (7, 8) aufweist, und eine Kugelumlenkeinrichtung (6), welche die Laufbahnöffnungen (7, 8) unter Ausbildung eines Endloskugelumlaufs verbindet. Am Kugeleinlauf und/oder am Kugelauslauf der Kugelumlenkeinrichtung (6) ist mittig ein in Richtung des Laufbahngrunds der Kugellaufbahn (2) der Spindel (1) vorspringender Finger (15) vorgesehen. Dies ermöglicht einen harmonischen Übergang der Kugeln in die Kugelumlenkeinrichtung (6) und vermeidet Staueffekte. Der mittige Finger (15) ragt vorzugsweise in eine Ausnehmung im Laufbahngrund der Kugellaufbahn (2) der Spindel (1) hinein. Der Kugelgewindetrieb eignet sich insbesondere für den Einsatz an elektromechanischen Lenkungen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kugelgewindetrieb, umfassend eine Spindel, die an ihrem Außenumfang eine gewindeförmige Kugellaufbahn aufweist, eine Mutter, die an ihrem Innenumfang eine gewindeförmige Kugellaufbahn sowie Laufbahnöffnungen aufweist, und eine Kugelumlenkeinrichtung, welche die Laufbahnöffnungen unter Ausbildung eines Endloskugelumlaufs verbindet.
Derartige Kugelgewindetriebe sind beispielsweise aus der DE 10 2005 007 875 A1 oder der DE 10 2004 053 204 A1 bekannt.
Zur Gewährleistung eines Endloskugelumlaufs werden zwischen den Kugellaufbahnen der Spindel und der Mutter laufende Kugeln durch eine Laufbahnöffnung an der Mutter nach außen in eine Kugelumlenkeinrichtung geleitet und mittels dieser zu einer weiteren Laufbahnöffnung der Mutter geführt, wo die Kugeln wieder zwischen die Kugellaufbahnen zwischen der Spindel und der Mutter eingespeist werden. Im Bereich der Kugellaufbahnen dienen die Kugeln dazu, Kräfte zu übertragen, während sie im Bereich der Umlenklaufbahn der Kugelumlenkeinrichtung im Wesentlichen kraftfrei zurückgeführt werden. Insbesondere im Bereich des Kugeleinlaufs und des Kugelauslaufs können durch die Umlenkung der Kugeln unerwünschte Staueffekte auftreten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kugelgewindetrieb zu schaffen, der einen möglichst problemlosen Übergang der Kugeln zwischen dem Lastabschnitt zwischen den Kugellaufbahnen der Spindel und der Mutter und dem Umlenkabschnitt der Kugelumlenkeinrichtung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch einen Kugelgewindetrieb gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Der erfindungsgemäße Kugelgewindetrieb zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass am Kugeleinlauf und/oder am Kugelauslauf der Kugelumlenkeinrichtung mittig ein in Richtung des Laufbahngrunds der Kugellaufbahn der Spindel vorspringender Finger vorgesehen ist.
Über den mittig vorspringenden Finger werden die Kugeln ausgehend vom Laufbahngrund der Kugellaufbahn der Spindel aus ihrer Bahn gehoben und somit weich in die Kugelumlenkeinrichtung übergeleitet bzw. von dieser zurück zwischen die Kugellaufbahnen zwischen der Spindel und der Mutter geleitet. Sprünge, Absätze, Lücken und dergleichen werden weitestgehend vermieden.
Dies ermöglicht insbesondere bei losen Kugeln einen harmonischen Übergang der Kugeln in die bzw. aus der Kugelumlenkeinrichtung und vermeidet Staueffekte.
In vorteilhafter Ausgestaltung ragt der mittige Finger in eine Ausnehmung im Laufbahngrund der Spindel hinein. Er untergreift so gewissermaßen eine ankommende Kugel, die an diesem ruckfrei in die Kugelumlenkeinrichtung geleitet werden kann.
Die Ausnehmung kann beispielsweise durch eine Erweiterung des Querschnittsprofil des der Kugellaufbahn gegenüber dem Querschnittsprofil einer Kugel realisiert werden. Hierzu kann die Kugellaufbahn beispielsweise mit einem stufenlosen, elliptischen Profil ausgeführt werden.
Die Ausnehmung kann jedoch auch durch eine im Laufbahngrund der Spindel abgesetzte Rille gebildet werden, in die der mittige Finger eingreift.
Diese Tiefenführung kann zusätzlich durch eine seitliche Führung ergänzt werden. Vorzugsweise ist hierzu neben dem mittigen Finger mindestens ein weiterer, seitlicher Finger zur Kugelführung vorgesehen, der in Richtung einer Flanke der Kugellaufbahn der Spindel vorspringt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Kugelumlenkeinrichtung ein erstes Bogenelement aufweist, das an seinem Außenumfang eine Laufbahn ausbildet, sowie ein zweites Bogenelement, das an seinem Innenumfang eine Laufbahn ausbildet. Die beiden Bogenelemente bilden im zusammengefügten Zustand eine kanalförmige Umlenklaufbahn. Durch die Teilung der Umlenklaufbahn wird eine besonders einfache Montage ermöglicht, bei der zunächst das erste Bogenelement an der Mutter angebracht und anschließend durch das deckelartige zweite Bogenelement geschlossen wird.
Die Bogenelemente überbrücken je nach Bedarf entweder einen Teilabschnitt einer Windung einer lasttragenden Kugellaufbahn oder mehrere Windungen einer solchen.
Vorzugsweise werden sämtliche vorhandenen Finger integral an dem ersten Bogenelement ausgebildet.
Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels für einen Kugelgewindetrieb nach der Erfindung in Explosionsdarstellung,
2 eine Außenansicht einer Mutter des Kugelgewindetriebs aus 1,
3 einer Außenansicht der Kugelumlenkeinrichtung des Kugelgewindetriebs aus 1 mit Andeutung des Endlosumlaufs der Kugeln,
4 eine vergrößerte Darstellung des ersten Bogenelements der in den 1 und 3 dargestellten Kugelumlenkeinrichtung, und in
5 eine Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels für einen Kugelgewindetrieb nach der Erfindung in Explosionsdarstellung.
Die nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Kugelgewindetriebe, die in elektromechanischen Lenkungen von Personenkraftfahrzeugen einsetzbar sind. Bei derartigen Lenkungen wird ein den Fahrer unterstützendes Hilfsmoment durch einen Elektromotor erzeugt, der achsparallel oder koaxial zur Zahnstange der Lenkung angeordnet ist.
Zur Umsetzung der Drehbewegung des Elektromotors in eine Axialbewegung an der Zahnstange wird in der Regel ein Abschnitt der Zahnstange als Spindel 1 ausgeführt, die an ihrem Außenumfang eine gewindeförmige Kugellaufbahn 2 aufweist. Die Zahnstange ist an einer Drehbewegung um ihre Längsachse gehindert, beispielsweise durch Eingriff mit einem Lenkungsritzel.
Um die Spindel 1 ist eine Mutter 3 angeordnet, die an ihrem Innenumfang ebenfalls eine gewindeförmige Kugellaufbahn 4 ausbildet. Zur Kraftübertragung sind zwischen den Kugellaufbahnen 2 und 4 Kugeln 5 angeordnet, so das eine Drehung der antriebsseitig mit dem Elektromotor gekoppelten Mutter 3 zu einer Axialbewegung der Spindel 1 führt.
In dem so gebildeten Kugelgewindetrieb legen die Kugeln 5 bei einer Umdrehung der Mutter 3 in etwa den Weg einer halben Gewindewindung zurück. Soll nun ein entsprechend langer Hubweg realisiert werden, müssen die Kugeln 5 aus ihrer Bahn gehoben und über eine Kugelumlenkeinrichtung 6 zurückgeführt werden, da ansonsten eine dem zweifachen der Hublänge entsprechende Mutternlänge erforderlich wäre. Hierzu weist die Kugellaufbahn 4 der Mutter 3 Laufbahnöffnungen 7 und 8 auf, durch welche die Kugeln in die Kugelumlenkeinrichtung 6 geführt bzw. aus dieser wieder in die Paarung der Kugellaufbahnen 2 und 4 der Spindel 1 und Mutter 3 eingespeist werden.
Bei dem in den 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel weist die Kugelumlenkeinrichtung 6 ein erstes, radial innenliegendes Bogenelement 9 und ein zweites, radial außenliegendes Bogenelement 10 auf, die gemeinsam eine kanalförmige Umlenklaufbahn 11 zur Rückführung der Kugeln 5 bilden. Die Teilung erfolgt vorzugsweise radial, so dass das erste Bogenelement 9 an seinem Außenumfang eine Laufbahn 12 und das zweite Bogenelement 10 an seinem Innenumfang eine Laufbahn 13 ausbildet.
Das erste Bogenelement 9 kann so separat von dem zweiten Bogenelement 10 montiert werden. Beispielsweise ist es möglich, das erste Bogenelement 9 in einer konturkonformen Nut 14 am Außenumfang der Mutter 3 festzulegen. Die Bearbeitung einer solchen Mutter 3 ist sehr einfach, da durch Konturfräsen eine entsprechend der Umlenkungsgestaltung ausgeführte Bahn herstellbar ist. Die Fräserachse kann dabei stets in Richtung der Mittelachse der Mutter 3 weisen. Das Entstehen von Graten wird soweit als möglich vermieden. Die Nut 14 verbindet zwei Laufbahnöffnungen 7 und 8, welche mit derselben gefräst werden können.
Zur Gewährleistung eines staufreien Übergangs der Kugeln 5 zwischen den lasttragenden Kugellaufbahnen 2 und 4 und der Umlenklaufbahn ist am Kugeleinlauf sowie am Kugelauslauf der Kugelumlenkeinrichtung 6 mittig ein in Richtung des Laufbahngrunds der Kugellaufbahn 2 der Spindel 1 vorspringender Finger 15 vorgesehen. Durch den mittigen Finger 15 wird ein weicher, ruckfreier Übergang der Kugeln 5 zwischen den lasttragenden Kugellaufbahnen 2 und 4 und der Umlenklaufbahn 11 ermöglicht.
Bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel ragt der mittige Finger 15 in eine im Laufbahngrund der Spindel 1 vorgesehene Ausnehmung, die hier beispielhaft als abgesetzte Rille 17 ausgebildet ist, hinein. Hierdurch wird eine Kugel 5 ausgehend vom Laufbahngrund aus der Kugellaufbahn 2 der Spindel 1 gehoben.
Die Kugeln 5 sind vorzugsweise untereinander unverbunden. Es können jedoch auch Kugelketten mit untereinander verbundenen Kugeln zum Einsatz kommen.
Der mittige Finger 15 verbindet mit seiner radialen Außenseite die Kugellaufbahn 2 der Spindel 1 und die Umlenklaufbahn 11 an der Kugelumlenkeinrichtung 6, das heißt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Laufbahn 12 des ersten Bogenelements 9 kontinuierlich miteinander.
Neben dem mittigen Finger 15 sind zwei weitere, seitliche Finger 16 zur Seitenführung der Kugeln 5 vorgesehen. Jeder der seitlichen Finger 16 steht in Richtung einer Flanke der Kugellaufbahn 2 der Spindel 1 von der Kugelumlenkeinrichtung 6, hier dem ersten Bogenelement 9 ab. Dabei verbindet jeder seitliche Finger 16 eine Flanke der Umlenklaufbahn kontinuierlich mit einer Flanke der Kugellaufbahn 2 der Spindel 1. Sprünge der Kugeln werden hierbei vermeiden.
Wie 4 zeigt, ergibt sich somit am Einlauf sowie am Auslauf der Kugelumlenkeinrichtung 6 eine gabelförmigen Struktur mit mehreren Fingern, nämlich einem mittigen Finger 15 und zwei seitlichen Fingern 16, wobei zwischen benachbarten Fingern jeweils eine Aussparung vorgesehen ist. Sämtliche Finger 15 und 16 sind hier integral an dem ersten Bogenelement 9 ausgebildet und greifen durch Laufbahnöffnungen 7 und 8 in die Kugellaufbahn 2 der Spindel 1.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel kommen an einem Kugelgewindetrieb für eine elektromechanische Lenkung zwei separate Kugelumläufe zum Einsatz, bei denen jeweils in etwa eine bis 1,5 Windungen zwischen der Spindel 1 und der Mutter 3 lasttragend sind.
Wie anhand eines zweiten Ausführungsbeispiels in 5 dargestellt, kann eine Kugelumlenkeinrichtung 6 jedoch auch eine größere Anzahl von lasttragenden Windungen überbrücken. Dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechende Komponenten sind in 5 mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle durch die Ansprüche definierten Ausgestaltungen.

1: Spindel
2: Kugellaufbahn
3: Mutter
4: Kugellaufbahn
5: Kugel
6: Kugelumlenkeinrichtung
7: Laufbahnöffnung
8: Laufbahnöffnung
9: erstes Bogenelement
10: zweites Bogenelement
11: Umlenklaufbahn
12: Laufbahn am ersten Bogenelement
13: Laufbahn am zweiten Bogenelement
14: Nut
15: mittiger Finger
16: seitlicher Finger
17: Rille

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102005007875 A1 [0002]
- DE 102004053204 A1 [0002]

Claims

Kugelgewindetrieb, umfassend: – eine Spindel (1), die an ihrem Außenumfang eine gewindeförmige Kugellaufbahn (2) aufweist, – eine Mutter (3), die an ihrem Innenumfang eine gewindeförmige Kugellaufbahn (4) sowie Laufbahnöffnungen (7, 8) aufweist, und – eine Kugelumlenkeinrichtung (6), welche die Laufbahnöffnungen (7, 8) unter Ausbildung eines Endloskugelumlaufs verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass am Kugeleinlauf und/oder am Kugelauslauf der Kugelumlenkeinrichtung (6) mittig ein in Richtung des Laufbahngrunds der Kugellaufbahn (2) der Spindel (1) vorspringender Finger (15) vorgesehen ist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mittige Finger (15) in eine Ausnehmung im Laufbahngrund der Kugellaufbahn (2) Spindel (1) hineinragt.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mittige Finger (15) in eine im Laufbahngrund der Spindel (2) abgesetzte Rille (17) eingreift.
Kugelgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem mittigen Finger (15) mindestens ein weiterer, seitlicher Finger (16) zur Kugelführung vorgesehen ist, der in Richtung einer Flanke der Kugellaufbahn (2) der Spindel (1) vorspringt.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein seitlicher Finger (16) eine Flanke einer Umlenklaufbahn (11) der Kugelumlenkeinrichtung (6) mit einer Flanke der Kugellaufbahn (2) der Spindel (1) kontinuierlich verbindet.
Kugelgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mittige Finger (16) mit seiner radialen Außenseite die Kugellaufbahn (2) der Spindel (1) und die Umlenklaufbahn (11) an der Kugelumlenkeinrichtung (6) kontinuierlich miteinander verbindet.
Kugelgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelumlenkeinrichtung (6) ein erstes Bogenelement (9) aufweist, das an seinem Außenumfang eine Laufbahn (12) ausbildet, sowie ein zweites Bogenelement (10), das an seinem Innenumfang eine Laufbahn (13) ausbildet, wobei die beiden Bogenelemente (9, 10) im zusammengefügten Zustand eine kanalförmige Umlenklaufbahn (11) bilden.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. die Finger (15, 16) integral an dem ersten Bogenelement (9) ausgebildet sind.
Kugelgewindetrieb nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei seitliche Finger (16) und ein zwischen diesen angeordneter mittlerer Finger (15) vorgesehen sind.
Kugelgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Kugeln (5) untereinander unverbunden sind.
Kugelgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen aufeinander folgenden Laufbahnöffnungen (7, 8) an der Mutter (3) mindestens eine vollständige Laufbahnwindung liegt.
Kugelgewindetrieb nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bogenelement (9) in einer konturkonformen Nut (14) am Außenumfang der Mutter (3) gehalten ist.